Патент на изобретение №2373292
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРИТОПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к технологии термической обработки поковок, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих при низких температурах, например, контейнеров для перевозки и длительного хранения (более 50 лет) отработавшего ядерного топлива. Техническим результатом изобретения является повышение хладостойкости низкоуглеродистых сталей. Поставленный технический результат достигается за счет того, что полуфабрикат подвергают закалке с температуры выше критической точки Ас3, высокому отпуску в диапазоне температур 620-670°С с охлаждением на воздухе и дополнительному отпуску в диапазоне температур 400-450°С с выдержкой 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе. 2 табл.
Изобретение относится к технологии термической обработки поковок, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих при низких температурах, например, контейнеров для перевозки отработавшего ядерного топлива. Известны способы термической обработки поковок из сталей перлитного класса, позволяющие снизить в них внутренние напряжения и повысить вязкопластические свойства (Гуляев А.П. «Металловедение», М. изд-во «Металлургия», 1977 г., стр.275-281). Известен способ термической обработки низкоуглеродистых сталей, состоящий из отжига или нормализации, который позволяет снизить внутренние напряжения и повысить хладостойкость. Согласно известному способу поковки нагревают до температуры выше точки Ас3, выдерживают при этой температуре и медленно охлаждают с печью или на воздухе. Недостатком этого способа является выделение из аустенита в процессе охлаждения ферритоперлитной смеси с пластинчатой формой цементита и предвыделений третичного цементита, которые приводят к охрупчиванию стали при низкой температуре. (В.Г.Сорокин, А.В.Волосников и др. «Марочник сталей и сплавов», Москва, изд-во «Машиностроение», 1989 г.). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ термической обработки низкоуглеродистых сталей, включающий закалку с температурой 840-870°С, охлаждение в воде, высокий отпуск при температуре 620-670°С с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. (Ю.П.Солнцев, Т.И.Титова, Книга «Стали для Севера и Сибири», Санкт-Петербург, Химиздат, 2002 г., стр.306-307). Недостатком известного способа, как установлено исследованиями, является недостаточная хладостойкость низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей за счет возникновения в них зон предвыделений третичного цементита при охлаждении после отпуска. Техническим результатом изобретения является повышение хладостойкости низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей. Поставленный технический эффект достигается за счет того, что в способе термической обработки полуфабрикатов из низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей, включающем закалку с температуры выше критической точки Ас3, последующий высокий отпуск в диапазоне температур 620-670°С, с охлаждением на воздухе, согласно изобретению, после высокого отпуска проводят дополнительный отпуск в диапазоне температур 400-450°С с выдержкой 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе. Как установлено исследованиями, нагрев под закалку до температуры 930÷20°С вызван необходимостью растворения в аустените карбидов и нитридов ванадия и ниобия, повторный нагрев при отпуске до температуры 400-450°С необходим для коагуляции третичного цементита. Известно, что после закалки и высокого отпуска низкоуглеродистые ферритоперлитные стали приобретают сорбитную структуру, т.е. ферритоцементитную смесь, где цементит имеет округлую форму. Однако высокий отпуск в диапазоне температур 620-670°С с охлаждением на воздухе приводит к образованию в стали участков с предвыделениями третичного цементита, что резко снижает хладостойкость стали. Вызвано это тем, что предвыделения третичного цементита имеют параметры решетки, отличные от матрицы, и в последней создают растянуто-сжатые области, что приводит к возникновению напряжений 2 рода, которые снижают хладостойкость стали. В процессе проведенных исследований с помощью программы Image Expert Professional проведен количественный анализ структурно-фазового состояния исследуемых сталей, количественное определение относительной доли структурных составляющих и определение количественного содержания фаз, входящих в состав исследуемого образца, было установлено, что выделение третичного цементита происходит после дополнительного отпуска при температуре 350°С, а коагуляция его происходит при температуре 400-450°С (таблица 2). Время выдержки при температуре 400-450°С, равное 3-3,5 ч, необходимо и достаточно для завершения процесса коагуляции третичного цементита. Установлено также, что при температуре отпуска 350°С происходит охрупчивание стали из-за предвыделений и мелких включений третичного цементита. Повышение температуры выше 450°С приводит к растворению третичного цементита и при последующем охлаждении – к образованию его предвыделений, а снижение температуры ниже 400°С сразу приводит к образованию предвыделений и мелких цементитных включений и, как следствие, в одном и другом случае имеет место охрупчивание стали. Пример выполнения заявленного способа. На металлургическом заводе ОАО «ОМЗ-Спецсталь» была выплавлена низкоуглеродистая ферритоперлитная сталь марки 09Г2СА-А, химический состав которой приведен в таблице 1.
Из этой стали была изготовлена крупногабаритная поковка размером Затем заготовки после основной термической обработки подвергли дополнительному отпуску при температуре 350, 400, 450 и 500°С с выдержкой 3,0 и 3,5 ч. Из этих заготовок были изготовлены ударные образцы «Шарпи» с острым надрезом и испытаны при температуре -60°С по ГОСТ 9454. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Как видно из полученных результатов образцы, обработанные по предлагаемому способу, имеют более высокие значения хладостойкости по сравнению с образцами, термообработанные по известному способу. Ожидаемый технико-экономический эффект по сравнению с прототипом выразится в возможности создания новых изделий специальной техники повышенной надежности и долговечности из экономнолегированной низкоуглеродистой ферритоперлитной стали за счет повышения ее хладостойкости.
Формула изобретения
Способ термической обработки полуфабрикатов из низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей, включающий закалку с температуры выше критической точки Ас3, последующий высокий отпуск в диапазоне температур 620-670°С с охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что после высокого отпуска проводят дополнительный отпуск в диапазоне температур 400-450°С с выдержкой 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1000×900 мм. Из поковки были вырезаны заготовки размером 20×20×60 мм, которые были подвергнуты закалке с температуры 930÷20°С в воде и высокому отпуску при температуре 620, 670 и 650°С с выдержкой в течение 2,5 ч с последующим охлаждением на воздухе.
29 Дж/см2